DE19922955A1 - Piezoelektrische Keramikzusammensetzung - Google Patents

Piezoelektrische Keramikzusammensetzung

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Abstract

Eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die eine Keramikverbindung und Mangan enthält. Die Keramikverbindung dient als primärer Bestandteil und wird dargestellt durch die Formel (Sr¶1-x¶M¶x¶)Bi¶2¶Nb¶2¶O¶9¶. In der Formel stellt M ein zweiwertiges Metallelement dar, und x genügt der Gleichung 0 x 0,3. Mangan ist in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger (wobei 0 ausgenommen ist) enthalten, wenn es auf MnCO¶3¶ reduziert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung und insbesondere eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung, die geeignet ist als Material zur Herstellung von piezoelektrischen keramischen Elementen wie piezoelektrischen keramischen Filtern und piezoelektrischen keramischen Oszil­ latoren.
Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend Bleititanatzirconat (Pb(TixZr1-x)O3) oder Bleititanat (PbTiO3) enthalten, werden weithin verwendet zur Herstellung von piezoelektrischen keramischen Elementen wie piezoelektrischen keramischen Filtern und piezoelektrischen keramischen Oszillatoren. Piezoelektri­ sche Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend Bleititanatzirconat oder Bleiti­ tanat enthalten, werden im allgemeinen unter Verwendung von Bleioxiden herge­ stellt, die zu einer Verringerung der Homogenität von Produkten infolge der Ver­ dampfung von Bleioxiden führen. Im Gegensatz dazu enthalten piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend eine durch die Formel (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9 dargestellte schichtförmige Bismutverbindung entalten, kein Bleioxid und führen daher nicht zu dieser Art von Problem.
Piezoelektrische Keramikzusammensetzungen, die vorwiegend eine schichtförmi­ ge Bismutverbindung enthalten, besitzen jedoch einen kleinen elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten kt und wurden daher in der Praxis noch nicht sehr viel verwendet.
Angesichts des obigen Sachverhalts haben die hier auftretenden Erfinder sorgfäl­ tige Untersuchungen durchgeführt, um den elektromechanischen Kopplungs­ koeffizienten kt einer vorwiegend eine schichtförmige Bismutverbindung enthal­ tenden piezoelektrischen Keramikzusammensetzung zu verbessern, um auf diese Weise eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung bereitzustellen, die bei Verwendung als Material zur Herstellung von piezoelektrischen keramischen Ele­ menten einen für praktische Zwecke akzeptablen elektromechanischen Kopp­ lungskoeffizienten kt besitzt (mehr als 10%).
Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung enthält eine Keramikverbindung und Mangan, wobei die Keramikverbindung als primärer Bestandteil dient und dargestellt wird durch die Formel (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9, wobei M ein zweiwertiges Metallelement darstellt und x der Glei­ chung 0 ≦ x ≦ 0,3 genügt und das Mangan in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger (wobei 0 ausgenommen ist) enthalten ist, wenn es auf MnCO3 reduziert ist. Der obengenannte Parameter x ist auf 0-0,3 begrenzt, denn wenn x außer­ halb dieses Bereichs liegt, ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht zu spüren und man kann keinen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt er­ halten, der die piezoelektrische Keramikzusammensetzung von praktischem Nut­ zen sein läßt. Die Menge an Mangan ist auf 1,0 Gew.-% oder weniger (wobei 0 ausgenommen ist) begrenzt, wenn es auf MnCO3 reduziert ist, denn wenn der Mangangehalt außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, kann man keine polari­ sierbare Keramik erhalten.
Außerdem ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung besonders hervorragend, wenn M in der Formel wenigstens ein Element darstellt, das ausgewählt ist aus Ca und Ba. Ca und Ba können beide als M enthalten sein.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich.
Die vorliegende Erfindung wird nun näher beschrieben.
Eine Vielzahl von piezoelektrischen Keramikproben wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt.
Die Ausgangsmaterialien SrO, Bi2O3, Nb2O5, CaO, BaO und MnCO3 wurden be­ reitgestellt und abgewogen, so daß man eine Verbindung der Formel (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9 erhielt, wobei M ein zweiwertiges Metallelement darstellt und x der Gleichung 0 ≦ x ≦ 0,3 genügt. Dann wurde für etwa vier Stunden mit Hilfe einer Kugelmühle eine Naßaufbereitung durchgeführt. Die daraus resultierende Mi­ schung wurde getrocknet, dann bei 700-900°C calciniert. Anschließend wurde die getrocknete Mischung grob zerkleinert, mit einer entsprechenden Menge eines organischen Bindemittels vier Stunden mit Hilfe einer Kugelmühle naßgemahlen und durch ein Sieb der Maschengröße 40 geleitet, um auf diese Weise die Teil­ chengröße des gemahlenen Pulvers zu regulieren. Anschließend wurde das in der Teilchengröße regulierte Pulver mit 1000 kg/cm2 zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 12,5 mm und einer Dicke von 1 mm geformt, und die Scheibe wurde in Luft gebrannt, um so eine Keramikscheibe herzustellen. Nachdem auf den Oberflächen (beiden Hauptflächen) der Keramikscheibe Silberelektroden aus­ gebildet wurden, indem man nach einem herkömmlichen Verfahren eine Silberpa­ ste auftrug und brannte, wurde die Scheibe durch Anlegen einer Gleichspannung von 5-20 kV/mm für 10-30 Minuten in einem 150°C-200°C heißen Isolieröl einer Polarisationbehandlung unterzogen, um auf diese Weise eine als Probe dienende piezoelektrische Keramik zu erhalten. An der Probe wurden die Dichte, der spezi­ fische Widerstand und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, besitzt jede der Proben Nr. 2, 3, 4, 7, 8, 11, 12, 16 und 19, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, einen verbesserten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt im Vergleich zu den Proben Nr. 1, 5, 6, 9, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 20 und 21, die außerhalb des Rahmens der vorlie­ genden Erfindung liegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der elektromechanische Kopplungs­ koeffizient kt der vorwiegend eine schichtförmige Bismutverbindung enthaltenden piezoelektrischen Keramikzusammensetzung verbessert werden, und eine piezo­ elektrische Keramikzusammensetzung, die geeignet ist als Material für piezoelek­ trische keramische Elemente wie piezoelektrische keramische Filter und piezo­ elektrische keramische Oszillatoren, kann vorteilhaft hergestellt werden.

Claims (2)

1. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung umfassend eine Keramikverbin­ dung und Mangan, wobei die Keramikverbindung als primärer Bestandteil dient und dargestellt wird durch die Formel (Sr1-xMx)Bi2Nb2O9, wobei M ein zweiwertiges Metallelement darstellt und x der Gleichung 0 ≦ x ≦ 0,3 genügt und das Mangan in einer Menge von 1,0 Gew.-% oder weniger (wobei 0 aus­ genommen ist) enthalten ist, wenn es auf MnCO3 reduziert ist.
2. Piezoelektrische Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der M in der Formel wenigstens ein Element ist, das ausgewählt ist aus Ca und Ba.
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